DOI: 10. 3969 / j. issn. 1009-9492. 2020. 08. 015

祝汉柱，王晨涛，罗侗俐，等.海底静力触探（CPT）系统舷外加接杆技术的力学分析及应用［J］.机电工程技术，2020，49（08）：50-52.

基金项目：国家重大基础设施建设项目子项目（编号：16028A-2017-4）

海底静力触探（CPT） 系统舷外加接杆技术的力学分析及应用*
祝汉柱1，王晨涛2，罗侗俐1，王春光1，李涛1
（1.磐索地勘科技（广州） 有限公司， 广州510760；2.中交公路规划设计院有限公司， 北京100120）

摘要：通过对海底静力触探（CPT） 系统的舷外加接杆情况进行力学分析，提出有效的物理方法解决CPT系统水下单元加接杆长度问题。探究了船载布放条件、探杆自身重力和海水流速等对锥杆形态的影响；对锥杆连接体进行了力学分析，以及对配重滑块进行计算；提出了连续接秆、恒力提杆、升沉补偿等关键技术，从而满足海洋工程地质对锥进深度的要求；阐述了加接杆技术在某海上项目的应用情况，验证了此技术的可行性。
关键词：CPT；锥杆；舷外加接杆；恒力提杆
中图分类号：P75    文献标志码：A    文章编号：1009－9492 ( 2020 ) 08－0050－03

Research on the Technology of Outboard Plus Extension Rod of the CPT System
Zhu Hanzhu1，Wang Chentao2，Luo Dongli1，Wang Chunguang1，Li Tao1
（1. Peneson Geological Technology ( Guangzhou ) Co., Ltd., Guangzhou 510760, China;
2. Zhong Jiao Highway Planning and Design Institute Co., Ltd., Beijing 100120, China）

Abstract: Through the mechanical analysis of the submarine static cone penetration ( CPT ) system, an effective physical method was proposed to solve theproblem of the length of the extension rod of the underwater unit of the CPT system. The effects of ship-mounted deployment conditions, the gravity of the probe rod and the seawater flow rate on the shape of the cone rod were explored; the mechanical analysis of the cone  od connection body and the calculation of the counterweight slider were carried out; the key technologies such as continuous stalk connection, constant force pole lifting and heave compensation were proposed to meet the requirements of marine engineering geology for taping depth; the application of pole-adding technology in an offshore project was explained
and the feasibility of this technology was verified.
Key words: CPT; cone tod; outboard plus extension rod; constant force

引言
海底静力触探（CPT） 系统是以海洋调查船为载体，利用船载起吊设备将CPT水下单元放置于海底，通过机械机构将锥形探头连续压入海底土体，对土体物理力学性质进行原位探测的海洋调查设备[1]。海底静力触探（CPT） 系统的锥杆加接杆长度因受到船舶硬件设施、海洋环境等客观因素的影响，一直以来是制约CPT系统土体探测深度的主要原因。舷外加接杆是一种在船舶四锚定位或动力定位作业条件下，依靠相关机械机构的支持，伴随CPT系统水下单元下放海底过程中的锥杆连接技术。

在海洋地质调查中，人们总是希望在设备能力许可下对海底的探测深度愈深愈好。CPT系统探测的土体深度主要取决于设备的贯入能力、土体的软硬程度、锥杆的加接长度和机械强度等[2]。其中锥杆的加接长度制约着CPT系统的探测深度。以往作业是先将若干锥杆与CPT水下单元接好后，再利用起吊设备将其放入海底进行工作，但船舶起吊设备的起吊高度有限，往往不能满足锥杆加接长度的要求， 如图1 所示。再者，加接后的锥杆是大轴径比的柔性压杆[3]，根据材料力学理论，当加接杆超过一定长度后会出现自身重力作用下的自然弯曲变形甚至折断，使锥杆的加接长度受到了自身物理条件的限制[3]。显然，以上两个因素成为CPT 系统增加探测深度的瓶颈。因此，通过有效的物理方法解决CPT系统水下单元加接杆长度问题，是增加探测深度的必要条件和基础。
本文以某国家专项“深圳至中山跨海通道工程”“阳西沙扒300 MW海上风电工程”“阳江南鹏岛400 MW海上风电工程”项目静力触探施工中的锥杆加接杆技术研究为例，介绍一种在船舶四锚定位或动力定位作业条件下，伴随CPT系统水下单元下放海底过程中的舷外同步加接杆技术及相关机构，探讨其连续接杆、恒力提杆、升沉补偿等关键技术问题[4]。

 

结束语
2017年3月，在“深圳至中山跨海通道工程”“阳西沙扒300 MW海上风电工程”“阳江南鹏岛400 MW海上风电工程”利用船舶舷外加接杆技术完成了50个试验站位的海底CPT锥进作业，最长加接杆长度达到120 m[7] 。海上试验结果表明：
（1） 舷外加接杆技术的相关理论计算与实际作业情况相符；
（2） 加接杆长度要根据目标锥进深度来确定，进而确定出配重滑块的质量，由于目标锥进深度是可变性，配重滑块一般设计成质量可变，以便于牵引绞车的操控；
（3） 机械机构设计合理，工作可靠、安全，操作简便；
（4） 加接杆作业一般需要5个操作人员（起重设备1人、绞车1人、舷外接杆2人、传递杆1人），接杆时间为每根锥杆1～2 min；
（5） 该项技术的成功应用，为增加海底静力触探的探测深度提供了必要条件和基础。